Standart konumlama yapan GNSS alıcıları, mesafeyi genellikle GNSS sinyal taşıyıcıları üzerine modüle edilmiş koddan belirler. Bu yöntemde kullanıcı doğruluğu genellikle metre seviyesindedir. Doğruluk; uydu geometrisine, atmosferik koşullara, çoklu yol etkisine, desteklenen bant ve takımyıldızlara ve alıcı uygulamasına bağlıdır.
Gerçek Zamanlı Kinematik (RTK) konumlama, çok daha kısa olan taşıyıcı dalga boyundan yararlanır. Bunu, uydu saat hataları, efemeris hataları ve atmosferik gecikme değişimleri gibi ortak hata terimlerini gerçek zamanlı olarak elimine ederek yapar. Bu ortak hata terimlerinin giderilmesi, taşıyıcı faz belirsizliğinin, yani uydu ile alıcı arasındaki toplam taşıyıcı çevrim sayısının çözülmesini mümkün kılar. Taşıyıcı dalga boyuna dayalı mesafe hesaplaması ile santimetre seviyesinde konum doğruluğu elde edilebilir.
Geleneksel bir GNSS CRPA, anten elemanları üzerindeki karmaşık ağırlıkları sürekli olarak değiştirerek girişimi bastırır. Hesaplanan her ağırlık seti, RF çıkışında sunulan bileşik faz yanıtını değiştirir. Taşıyıcı faz belirsizliği çözümleri boyunca oluşan tutarsız faz değişimleri, CRPA girişim kaynaklarını başarıyla bastırıyor olsa bile RTK fix kaybına yol açar.
HEDGE CRPA serisi, uyarlanabilir uzamsal bastırmayı özgün faz stabilizasyon algoritmalarıyla birleştirir. Null oluşturan ağırlıklar null’ları serbestçe oluşturmaya ve uyarlamaya devam ederken, faz stabilizasyon ağı dizi işlemenin neden olduğu taşıyıcı faz bozulmasını telafi eder. RF çıkışında elde edilen kararlı faz, RTK GNSS alıcısının şiddetli girişim altındaki çekişmeli ortamlarda bile santimetre seviyesinde doğruluğu korumasını sağlar.
1. Sisteme Genel Bakış
Önerilen çok bantlı, RTK destekli GNSS CRPA mimarisi, harici çok bantlı RTK GNSS alıcılarıyla uyumluluğu korurken L1, L2 ve L5 GNSS frekans bantlarında bağımsız uzamsal girişim bastırma sağlar. Alınan sinyallere banda özgü bağımsız CRPA işleme uygulanır ve girişimden arındırılmış RF çıkışları, GNSS konumlama için tek bir çok bantlı sinyalde birleştirilir.
RF ve dijital alım zincirleri, düşük grup gecikmesi değişimi ve yüksek doğrusallık sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Böylece alım ve uzamsal filtreleme sırasında alınan dalga biçimindeki bozulma en aza indirilir.
Girişim altında anten faz yanıtının kararlı tutulması; hassas kod ve taşıyıcı faz takibi, uzun koherent entegrasyon ve çift frekanslı iyonosferik düzeltme gibi gelişmiş GNSS işleme tekniklerinden yararlanan alıcılar için özellikle önemlidir. Çoklu takımyıldız alımı, uzamsal girişim bastırma ve taşıyıcı faz korumasının bu birleşimi, CRPA mimarisinin modern, santimetre seviyesinde yüksek doğruluklu RTK konumlamayı desteklemesini sağlar.
Mimari iki farklı çok bantlı konfigürasyonda sunulmaktadır:
HEDGE-8016-C200: 8+8 Çok Bantlı CRPA
L1 + L5 veya L1 + L2
Yüksek dereceli uzamsal null oluşturma ve yoğun girişim ortamları için optimize edilmiştir.
- 7’ye kadar bağımsız null
- GPS: L1C, L1C/A, L2C, L5
- Galileo: E1, E5a, E5b
- BeiDou: B1C, B1I, B2a, B2b
HEDGE-8016-S130: 8+4+4 Çok Bantlı CRPA
L1 + L2 + L5
Her iki geniş bantlı GNSS bandı (L2 ve L5) dahil olmak üzere üç bantta da bağımsız uyarlanabilir uzamsal işleme.
- L1 bandında 7’ye kadar bağımsız uzamsal null
- L2 ve L5 bantlarının her birinde 3’e kadar bağımsız null
- GPS: L1C, L1C/A, L2C, L5
- Galileo: E1, E5a, E5b
- BeiDou: B1C, B1I, B2a, B2b
2. RTK Konumlama Prensipleri
RTK, santimetre seviyesinde konum doğruluğu elde etmek için bir referans istasyonundan ve bir gezici alıcıdan (rover) alınan eş zamanlı GNSS gözlemlerini kullanan, taşıyıcı faza dayalı bir göreli konumlama tekniğidir.
RTK’nın temel avantajı, GNSS taşıyıcı faz gözleminin yüksek hassasiyetinden gelir. GNSS alıcısı içinde gelen uydu taşıyıcısı, genellikle Costas döngülü PLL olarak uygulanan bir taşıyıcı takip döngüsü ile izlenir. Takip döngüsü, alınan taşıyıcının fazını alıcının yerel osilatörüne göre sürekli olarak kestirir ve hassas bir taşıyıcı faz ölçümü üretir.
Burada önemli bir ayrım vardır: PLL, tam sayı belirsizliğini doğrudan belirlemez. Taşıyıcı takip döngüsü, kesirli faz bileşeni de dahil olmak üzere alınan taşıyıcı fazın son derece hassas bir kestirimini sağlar. Ancak uydu ile alıcı arasındaki tam taşıyıcı çevrimlerinin mutlak sayısı bilinmez.
RTK bu belirsizliği, hem gezici alıcıdan hem de referans istasyonundan alınan eş zamanlı taşıyıcı faz gözlemlerini kullanarak çözer. Gözlemlerin gezici ve referans alıcılar arasında farkı alınarak ortak hata kaynakları elimine edilir veya önemli ölçüde azaltılır.
Ardından bir tam sayı belirsizliği çözüm algoritması, en olası tam sayı belirsizlik setini kestirir ve doğrular. Belirsizlikler başarıyla çözüldüğünde navigasyon çözümü RTK-FIXED durumuna geçer ve santimetre seviyesinde göreli konumlama mümkün hale gelir.
RTK çözümünün sürdürülmesi, belirsizlik çözümünde kullanılan taşıyıcı faz ölçümlerinin sürekliliğine ve tutarlılığına bağlıdır. Bu gereksinim, sinyal GNSS alıcısına ulaşmadan önce birden fazla anten ve RF kanalının koherent olarak birleştirildiği CRPA tabanlı GNSS sistemlerinde özellikle önemlidir.
3. GNSS CRPA Sistemlerinde Taşıyıcı Faz Bütünlüğü
CRPA tabanlı girişim bastırma, RTK konumlama ile birlikte kullanıldığında taşıyıcı faz bütünlüğü kritik bir husustur.
Geleneksel bir CRPA mimarisi, alınan sinyalleri GNSS alıcısına birleşik bir sinyal olarak sunmadan önce birden fazla anten elemanı, bağımsız RF kanalları ve uyarlanabilir uzamsal işleme aşamalarından geçirir.
Geleneksel CRPA uygulamalarında, uyarlanabilir hüzme şekillendirmenin yol açtığı telafi edilmemiş kanallar arası faz kaymaları ve zamanla değişen faz yanıtları, birleşik GNSS sinyalinin efektif taşıyıcı fazını değiştirir. Bu değişimlerin geleneksel kod tabanlı konumlama üzerindeki etkisi sınırlı olsa da santimetre seviyesindeki konumlamanın doğrudan kararlı taşıyıcı faz gözlemlerine ve güvenilir tam sayı belirsizliği çözümüne dayandığı RTK için bunların kontrol altında tutulması kritik önem taşır.
CRPA’nın efektif faz yanıtı zamanla değişirse, ortaya çıkan faz değişimleri GNSS alıcısının gözlemlediği taşıyıcı faz ölçümlerinde ek sapmalar olarak görülebilir. Bu durum, özellikle girişim ortamı CRPA ağırlıklarının sık sık yeniden uyarlanmasına neden olduğunda, taşıyıcı faz artıklarını artırabilir, belirsizlik kestirimini bozabilir ve RTK çözümünün sürekliliğini veya dayanıklılığını azaltabilir.
HEDGE mimarisi bu kısıtı, null oluşturma işleme çekirdeği içinde uygulanan özgün bir faz stabilizasyon algoritması ile giderir. Mimari, bir yandan karıştırmaya karşı koruma sağlarken diğer yandan sonraki RTK işlemenin gerektirdiği taşıyıcı faz bütünlüğünü koruyarak, GNSS alıcısının taşıyıcı faz takibini sürdürmesini sağlar ve girişim ortamlarında santimetre seviyesinde RTK konumlamayı destekler.
4. Girişim Test Düzeneği ve Koşulları
Test düzeneği, alıcı ve CRPA konfigürasyonu sabit tutularak HEDGE-8016’nın çok yönlü, uzamsal olarak dağıtılmış girişim koşulları altındaki konumlama performansını değerlendirmek üzere tasarlanmıştır. Simüle edilen girişim ortamında yedi verici anten, HEDGE-8016’nın çevresine yaklaşık 51° açısal aralıklarla ve yaklaşık 3 m mesafede yerleştirilmiştir.
Deneyler boyunca Test Edilen Cihaz (DUT) üzerindeki ortalama alınan girişim gücü yaklaşık −32 ile −58 dBm arasında tutulmuş ve böylece önemli bir girişim koşulları aralığı kapsanmıştır. Tablo 1’de gösterildiği gibi, bu aralıktaki girişim seviyeleri, karıştırıcı mesafesine ve yayılan güce bağlı olarak DUT’ta oluşabilecek seviyeleri temsil etmektedir.
| Karıştırıcıya Mesafe (m) | DUT’ta Alınan Girişim Seviyesi (dBm) | Eşdeğer J/S (dB) |
|---|---|---|
| 30 | ≈ −20 | 110 |
| 110 | ≈ −30 | 100 |
| 340 | ≈ −40 | 90 |
| 1000 | ≈ −50 | 80 |
| 2500 | ≈ −60 | 70 |
Değerlendirme ayrıca L1 sinyalinin güçlü şekilde bastırıldığı, tek bandın baskın olduğu bir girişim koşulunu da içermektedir. Bu uç senaryo, çok bantlı alımın avantajını ortaya koymaktadır: L1 bandındaki şiddetli girişime rağmen L5 bandı kullanılabilir kalarak konumlamanın sürmesini destekler.
5. Çok Bantlı GNSS RTK Konumlama Performansı
HEDGE-8016’nın RTK konumlama performansı, çok bantlı GNSS dayanıklılığını değerlendirmek amacıyla girişimsiz koşullarda ve uzamsal olarak dağıtılmış girişim koşullarında test edilmiştir.
Girişimsiz koşullarda HEDGE-8016, santimetre seviyesinde doğrulukla kararlı RTK-FIXED çalışma sergilemiştir:
- Fix modu: RTK-FIXED
- 2B konum doğruluğu: 1 cm
- 3B konum doğruluğu: 2 cm
- Tüm bantlarda ortalama C/N0: 37,3 dB-Hz
Sistem daha sonra şiddetli çift bantlı L1/L5 girişimi altında değerlendirilmiş ve aşağıdaki performans ölçülmüştür:
- Fix modu: RTK-FIXED
- 2B konum doğruluğu: 3 cm
- 3B konum doğruluğu: 5 cm
- Tüm bantlarda ortalama C/N0: 23,9 dB-Hz
Zorlu RF ortamına rağmen HEDGE-8016, santimetre seviyesinde doğrulukla RTK-FIXED çözümünü korumuştur. Çok bantlı GNSS ölçümleri girişim altında güvenilir, yüksek hassasiyetli konumlamayı mümkün kılmış; bu da HEDGE-8016’nın dayanıklılığını ve çok bantlı CRPA mimarisinin etkinliğini ortaya koymuştur. Daha fazla ayrıntıya HEDGE Multi-Band CRPA Solution White Paper üzerinden ulaşabilirsiniz.
6. Sonuç
RTK konumlama, standart GNSS konumlamanın metre seviyesindeki doğruluğuna kıyasla gerçek zamanlı olarak santimetre seviyesinde doğruluk (1–2 cm) sunar. Bu hassasiyet katı bir gereksinim doğurur: Anten ve GNSS alıcısı ön ucu, girişim ortamı değiştikçe modellenmemiş faz değişimleri oluşturmamalıdır.
Geleneksel GNSS CRPA’lar uzamsal olarak dağıtılmış girişimleri bastırabilse de sürekli değişen karmaşık ağırlıklar ve kanallar arası faz sapmaları, antenin bileşik faz yanıtını ve efektif faz merkezini değiştirerek güvenilir RTK çözümünü engelleyebilir.
HEDGE CRPA mimarisi, uyarlanabilir ağırlıkların taşıyıcı faz bütünlüğünden ödün vermeden girişim null’larını oluşturmasına ve yeniden konumlandırmasına olanak tanır. Özgün bir faz stabilizasyon ağı, null oluşturan dizi işlemenin neden olduğu faz bozulmalarını telafi eder.
Deneysel sonuçlar, mimarinin şiddetli çok kaynaklı girişim altında yüksek doğruluklu navigasyon performansını sürdürebildiğini göstermektedir. Bu sayede HEDGE CRPA mimarisi, geleneksel CRPA mimarilerinin RTK çözümünü kaybettiği girişim ortamlarında santimetre seviyesinde RTK konumlamayı korur.
